谐波电流谐波是怎么产生的？
作者：王虹 www.yuediqu.com 2025-05-20
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谐波电流的产生主要源于电网中各种设备和装置的非线性工作特性。首先，发电源由于三相绕组和铁心的不完全对称性及设计上的经济性考量，可能产生一些谐波，但通常情况下的谐波量不大。其次，输配电系统中的电力变压器在运行过程中，由于铁心的饱和和磁化曲线的非线性，会产生奇次谐波电流。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也越大。特别地，3次谐波电流可达额定电流的0.5%。此外，用电设备如晶闸管整流设备、变频装置、电弧炉、电石炉和气体放电类电光源等，因其工作特性，会向电网注入大量谐波。例如，晶闸管整流设备在电力机车、铝电解槽、充电装置和开关电源等应用中，会吸收缺角的正弦波，从而在电网中留下含有大量谐波的波形，特别是对于单相整流电路，其奇次谐波电流可高达基波的30%。变频装置在风机、水泵、电梯等设备中的应用，也会产生复杂的谐波成分，包含整数次和分数次谐波，功率通常较大，随变频调速技术的发展，对电网造成的谐波问题日益严重。电弧炉和电石炉在加热原料时，由于三相电极与高低不平的炉料接触不均，导致三相负荷不平衡，产生2、7次的谐波电流，平均可达基波的8%至20%，最大可达45%。气体放电类电光源如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯等，因其非线性特性，会给电网造成奇次谐波电流。家用电器如电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，以及洗衣机、电风扇、空调器等设备中的绕组，由于不平衡电流的变化，也会使波形产生变化，产生谐波电流。这些家用电器虽功率较小，但数量巨大，也是谐波的重要来源之一。
为解决谐波污染问题，主要策略有两方面。一是通过安装谐波补偿装置来补偿谐波，这是对各种谐波源都适用的方法。二是对电力电子装置进行改造，使其不产生谐波，并能控制功率因数为1，这主要适用于作为主要谐波源的电力电子装置。传统补偿方法采用LC调谐滤波器，虽然可以补偿谐波和无功功率，结构简单且被广泛使用，但其补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易与系统发生并联谐振导致谐波放大，使滤波器过载甚至烧毁。此外，LC滤波器只能补偿固定频率的谐波，补偿效果并不理想。因此，需采用更为精确和适应性强的补偿技术。
无功功率对供电系统和负荷运行至关重要。在正弦电路中，无功功率的概念清晰，但在含有谐波的电路中，无功功率的定义尚未形成共识。尽管如此，无功功率及其补偿的重要性已经被广泛认可。无功补偿不仅包括对基波无功功率的补偿，也包括对谐波无功功率的补偿。无功功率补偿的作用主要包括提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗；稳定受电端及电网的电压，提高供电质量；在长距离输电线中设置动态无功补偿装置，可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力；在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
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为解决谐波污染问题，主要策略有两方面。一是通过安装谐波补偿装置来补偿谐波，这是对各种谐波源都适用的方法。二是对电力电子装置进行改造，使其不产生谐波，并能控制功率因数为1，这主要适用于作为主要谐波源的电力电子装置。传统补偿方法采用LC调谐滤波器，虽然可以补偿谐波和无功功率，结构简单且被广泛使用，但其补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易与系统发生并联谐振导致谐波放大，使滤波器过载甚至烧毁。此外，LC滤波器只能补偿固定频率的谐波，补偿效果并不理想。因此，需采用更为精确和适应性强的补偿技术。
无功功率对供电系统和负荷运行至关重要。在正弦电路中，无功功率的概念清晰，但在含有谐波的电路中，无功功率的定义尚未形成共识。尽管如此，无功功率及其补偿的重要性已经被广泛认可。无功补偿不仅包括对基波无功功率的补偿，也包括对谐波无功功率的补偿。无功功率补偿的作用主要包括提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗；稳定受电端及电网的电压，提高供电质量；在长距离输电线中设置动态无功补偿装置，可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力；在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
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